CN113604746B - 一种耐高温热轧h型钢及其生产方法 - Google Patents

一种耐高温热轧h型钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐高温热轧H型钢及其生产方法,成分:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素。与现有技术相比,本发明在综合考虑成本及质量的情况下,采用适当含量的合金元素,通过对钢种成分配比的合理选择,以及机架间微张力的合理选择,再配合合理的轧制工艺得到的优良耐高温性能的H型钢;产品屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,延伸率为22%以上,在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2均值35J以上。

Description

一种耐高温热轧H型钢及其生产方法
技术领域
本发明属于材料领域,涉及一种耐高温热轧H型钢及其生产方法。
背景技术
近年来,随着建筑用材由土木砖混到钢结构的转变,高层建筑越来越多采用钢结构。同时,也推进了建筑用H型钢的发展,但普通的H型钢不具备耐高温性。当上升一定温度时,强度会迅速下降至原来的一半,这大大的影响了高层建筑的安全。因此,具有耐高温的H型钢是现代高层建筑所必需的建筑用材,在一定温度时强度还可保持室温的2/3以上,所以耐高温H型钢具有非常重要的意义。
目前我国已有开发成功的耐高温钢,为保证在一定温度具有耐高温性都是采用添加较高含量合金元素Cr、Bi、Ni、Nb、Ti及稀土等。合金元素含量较高,导致生产成本提高,同时由于合金元素含量较高,钢的焊接性能进一步恶化。
公开号为CN107747024A,公开日为2018年3月2日,名称为“一种耐高温钢合金”的专利文献,该钢的化学成分按重量百分比为C:1.5-2.3%,Ti:3.2-3.5%,Mg:3.1-3.6%,Bi:1.1-1.7%,Se:0.6%-0.8%,S:0.8-1.4%,其余为Fe及不可避免的杂质。该发明采用转炉冶炼、LF炉精炼等工艺,硬度、耐热及强度性能效果较好。其不足之处在于该发明C含量较高,焊接性能不佳,且添加了较高含量的贵重金属Ti、Bi、Se等,生产成本较高。
公开号为CN105063504A,公开日为2015年11月18日,名称为“一种低镍耐高温钢材料”的专利文献,其组分及wt%为:C:0.30-0.40%,Si:1.3~1.5%,Mn:<1.2%,Ni:7-9%,Mo:0.3~0.4%,V:0.3-0.5%,RE:0.2-0.3%,W:0.2~0.3%,N:0.2-0.3%,P:≤0.04%,S:≤0.04%,其余为Fe及不可避免的杂质。该发明采用转炉冶炼、LF精炼等工艺,耐热性能较佳,且不用再做热处理。其不足之处在于该发明添加了大量的合金及贵重金属Mo、V、Ni、RE、W,导致生产成本较高。
公开号为CN103572178A,公开日为2014年2月12日,名称为“一种耐高温钢及其制作方法”的专利文献,所述钢的成分按质量百分比计为:Cr:24~28%,Mo:2.3-3.0%,Si:2.0~3.3%,C:0.2-0.4%,Mn:1.0~2.0%,Ni:18.0-23.0%,Nb:1.0-3.0%,Cu:0.1-3.0%,W:2.0-3.5%,P:0.01-0.035%,S:0.2-0.4%,N:0.1-0.3%,其余为Fe和残余的微量杂质。采用二次脱氧工艺,同时具有耐热、易切削、耐酸和耐腐蚀等性能,工作温度可达800-1000℃。其不足之处在于该发明大量添加Cr、Ni、Nb、W、Cu等合金,造成生产成本大大提高。在工艺采用二次脱氧与镇静除渣,使得生产成本较高,生产周期较长。
公开号为CN107354360A,公开日为2017年11月17日,名称为“含稀土Q390B耐火H型钢及其制备方法”的专利文献,其化学成分按重量百分比为:C 0.06~0.12%,Si:0.25-0.55%,Mn:1.25~1.55%,Cr:0.25-0.55%,P≤0.020%,S≤0.020%,Mo:0.20-0.60%,Ni:0.20-0.40%,V:0.09-0.15%和稀土La0.01-0.03%,余量为Fe和不可避免杂质。该发明采用铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空处理、连铸生产工艺,利用稀土的净化晶界使耐火钢具有低屈强比、良好的耐高温软化及焊接性等特点。其不足之处在于添加了较多的Ni、Cr、稀土等贵重合金,生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温热轧H型钢及其生产方法,低成本、不增加合金消耗的常规轧制工艺,能大幅度提高H型钢耐高温性能,满足要求使用的耐高温热轧H型钢。
本发明具体技术方案如下:
一种耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素。
优选的,耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.16%,Si:0.32%,Mn:0.70%,P:0.015%,V:0.015%,Mo:0.315%,S:0.002%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。
所述耐高温热轧H型钢的金相组织为铁素体+贝氏体+珠光体,其中铁素体晶粒度等级在9.0及以上,贝氏体+珠光体体积占比不低于20%。
所述耐高温热轧H型钢在高温拉伸时,铁素体晶粒受拉应力影响,晶粒内少量位错开始滑移,晶粒内部形成了台阶状结构,铁素体组织塑性变形导致位错大量繁殖,出现加工硬化现象,铁素体承担的应力开始向未屈服的贝氏体转移,如图1所示;贝氏体晶粒开始发生变形、旋转,并在贝氏体和铁素体相界面上产生孔洞。外力拉伸使晶粒中大量位错滑移并开始缠结,位错密度大幅增加,晶界变得模糊不清,呈现纤维状,如图2所示。在高温拉伸时贝氏体组织受力均匀,且贝氏体组织中的碳化物起到析出强化作用,这使得该钢的高温屈服强度相对较高。添加了微合金化元素Mo、V等,在钢中形成了MC、M(C,N)和MC型化合物,以Mo为主的MoC的析出相大幅度增加有关,造成的沉淀强化作用有效地提高了耐火钢的高温力学性能。
所述耐高温热轧H型钢力学性能达到:室温屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,断后伸长率为22%以上;在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2不低于35J。
更优选的,所述耐高温热轧H型钢在400℃以上高温仍具有室温强度的80%以上。
本发明提供的一种耐高温热轧H型钢的生产方法,包括轧制;
所述轧制具体为:异型坯经加热炉加热至1200~1250℃,在炉时间为80~100min;开轧温度控制在1100~1150℃,终轧温度控制在850~930℃。
耐高温热轧H型钢的生产方法的过程为:铁水预处理→转炉冶炼→吹氩精炼→LF精炼→异型坯全保护浇铸→轧制→轧后空冷。
与现有技术相比,本发明在综合考虑成本及质量的情况下,采用适当含量的合金元素,通过对钢种成分配比的合理选择,再配合合理的轧制工艺得到的优良耐高温性能的H型钢;通过该耐高温热轧H型钢的轧制工艺生产的H型钢,屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,延伸率为22%以上,在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2均值35J以上。
附图说明
图1为铁素体变形SEM照片;
图2为贝氏体变形SEM照片;
图3为实施例1金相组织;
图4为实施例2金相组织;
图5为实施例3金相组织;
图6为对比例1金相组织;
图7为对比例2金相组织;
图8为对比例3金相组织。
具体实施方式
下面通过实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
一种耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素。
所述的耐高温热轧H型钢的生产方法,包括以下步骤:
根据本发明的化学成分,熔炼出所述化学成分的钢,钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩精炼、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为80~100min;开轧温度控制在1100~1150℃,终轧温度控制在850~930℃,轧后空冷;即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。
本发明具体实施例方式如下:
实施例1
一种耐高温热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.19%,Si:0.28%,Mn:0.71%,P:0.014%,V:0.013%,Mo:0.252%,S:0.003%,N:0.009%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为95min;开轧温度控制在1126℃,终轧温度控制在885℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
实施例2
一种耐高温热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.15%,Si:0.22%,Mn:0.90%,P:0.015%,V:0.013%,Mo:0.321%,S:0.002%,N:0.005%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为98min;开轧温度控制在1132℃,终轧温度控制在880℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
实施例3
一种耐高温热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.16%,Si:0.32%,Mn:0.70%,P:0.015%,V:0.015%,Mo:0.315%,S:0.002%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为86min;开轧温度控制在1130℃,终轧温度控制在890℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
对比例1
一种热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.15%,Si:0.30%,Mn:0.71%,P:0.015%,V:0.013%,Mo:0.350%,S:0.002%,N:0.009%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1250~1270℃轧制,在炉时间为110min;开轧温度控制在1162℃,终轧温度控制在940℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
对比例2
一种热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.12%,Si:0.21%,Mn:0.71%,P:0.010%,V:0.014%,Mo:0.150%,S:0.001%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为75min;开轧温度控制在1050℃,终轧温度控制在885℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
对比例3
一种热轧H型钢,其生产方法为:
熔炼出表1所示化学成分的钢,C:0.10%,Si:0.22%,Mn:0.40%,P:0.014%,V:0.005%,Mo:0.315%,S:0.001%,N:0.008%,其余为Fe及微量残余元素。钢的熔炼在转炉中进行,整个工序包括铁水预处理、转炉冶炼、吹氩、LF精炼,最终进行异型坯全保护浇铸。将得到的异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为90min;开轧温度控制在1131℃,终轧温度控制在890℃,轧后空冷,即可获得具有优良耐高温性能的H型钢。具体工艺参数见表2。
表1各实施、对比例熔炼化学成分(wt%)
序号 C Si Mn P S V Mo N
实施例1 0.19 0.28 0.71 0.014 0.003 0.013 0.252 0.009
实施例2 0.15 0.22 0.90 0.015 0.002 0.013 0.321 0.005
实施例3 0.16 0.32 0.70 0.015 0.002 0.015 0.315 0.006
对比例1 0.15 0.30 0.71 0.015 0.002 0.013 0.350 0.009
对比例2 0.12 0.21 0.71 0.010 0.001 0.014 0.150 0.006
对比例3 0.10 0.22 0.40 0.014 0.001 0.005 0.315 0.008
按照EN 10002-1、EN 10045-1、EN 10002-5分别检验拉伸、冲击和高温拉伸性能。本发明得到的H型钢在常温下屈服强度达到300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,断后伸长率在22%以上,在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2不低于35J。
表2实施、对比例的轧制工艺和力学性能
Figure BDA0003208892170000081
表3实施、对比例的显微组织统计
序号 显微组织 晶粒度 贝氏体+珠光体占比%
实施例1 F+P+B 9.0 23
实施例2 F+P+B 9.5 28
实施例3 F+P+B 9.5 26
对比例1 F+P+B 7.0 17
对比例2 F+P+B 9.0 12
对比例3 F+P+B 8.5 21
从上表可看出实施例1-3化学成分、轧制工艺均符合上述要求,性能也是满足要求的。对比例1轧制工艺不在要求范围内,轧制温度过高造成晶粒粗大,晶粒边界强度、蠕变性能降低,因此会造成强度下降,见图6。对比例2-3中Mo、V含量不在要求范围内,而Mo是提高钢热强性的主要合金元素,V又是主要的微合金化元素,因此强度不满足要求。Mo和V的作用:提高晶界的强度,抑制晶界上沉淀的发生,改善钢的高温力学性能。Mo主要起固溶强化的作用,同时Mo易于偏聚于晶界处,强化晶界。V通过在高温析出弥散细小分布的V(C、N)起到析出强化的作用。对比例2-3中Mo、V含量不在要求内,产品耐高温性能不能满足本发明要求。
本发明耐高温热轧H型钢的生产工艺,采用上述范围内含量的合金元素,通过对异形坯进行加热至1200~1250℃轧制,在炉时间为80~100min,开轧温度控制在1100~1150℃,再配合850-930℃终轧温度的轧制工艺就可得到具有优良耐高温性能的H型钢。

Claims (3)

1.一种耐高温热轧H型钢,其特征在于,所述耐高温热轧H型钢由以下质量百分比成分组成:C:0.12~0.20%,Si:0.20~0.35%,Mn:0.40~0.90%,P:≤0.025%,V:0.010~0.015%,Mo:0.250~0.350%,S:≤0.010%,N:0.005~0.015%,其余为Fe及微量残余元素;
所述耐高温热轧H型钢的生产方法,包括轧制,所述轧制为:异型坯经加热炉加热至1200~1250℃,在炉时间为80~100min;开轧温度控制在1100~1150℃,终轧温度控制在850~930℃;
所述耐高温热轧H型钢的金相组织为铁素体+贝氏体+珠光体,其中铁素体晶粒度等级在9.0及以上,贝氏体+珠光体体积占比不低于20%;
所述耐高温热轧H型钢,室温屈服强度300MPa以上,抗拉强度440MPa以上,断后伸长率为22%以上;在400℃以上高温仍具有室温强度的2/3以上,–20℃纵向V型冲击功KV2不低于35J。
2.根据权利要求1所述的耐高温热轧H型钢,其特征在于,所述耐高温热轧H型钢,包括以下质量百分比成分:C:0.16%,Si:0.32%,Mn:0.70%,P:0.015%,V:0.015%,Mo:0.315%,S:0.002%,N:0.006%,其余为Fe及微量残余元素。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温热轧H型钢,其特征在于,所述耐高温热轧H型钢,所述耐高温热轧H型钢在400℃以上高温仍具有室温强度的80%以上。
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